[發明專利]一種可折展重構變輪距全地形小車及其控制方法

有效

• 申請號: 202110649558.2
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113335417B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陳光榮;馬銘;武昱;盧華風;王向陽;鮑俊宇;楊新華;曲福杰;韋文哲;郭盛
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B62D61/10
• 分類號: B62D61/10;B62D21/14;B62D57/02
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰;岳東升

本發明涉及輪式機器人領域，特別涉及一種可折展重構變輪距全地形小車及其控制方法。所發明的可折展重構變輪距全地形小車的總體結構由姿態調節組件、驅動輪組件、底部支撐板、頂部支撐板和第一、第二被動輪組件構成；其控制架構由姿態感知模塊、轉向控制模塊、夾角控制模塊和四輪速度協同控制模塊組成。車體關于底部支撐板與頂部支撐板的中性面完全對稱，通過多次整周回轉可折展機構來連續改變小車的輪距和形態，使其具備了跨越不同地形障礙的能力，同時由于其不區分正反面和前后側，具備了全方位的機動性能，也進一步提升了其穩定性，使該輪式小車具有廣泛的社會運用前景。

技術領域

本發明涉及輪式機器人領域，特別涉及一種可折展重構變輪距全地形小車及其控制方法。

背景技術

輪式機器人作為一種移動機器人，具有比足式機器人更快的移動速度，但其復雜環境適應能力較差，常用于執行物資運輸、搶險救援、安防巡邏等任務。傳統的輪式小車具有固定的輪距和固定的底盤，且具有明顯物理意義上的正反面和前后側，因此，在面對復雜地形時，不具備跨越障礙、傾倒恢復、靈活可折展等能力，而上述能力，對于適應地形復雜的野外環境，克服不具有良好道路條件的惡劣地形，具有十分重要的意義。本發明旨在提出一款具備多輪驅動、可變輪距的、具備傾倒自恢復功能的可折展小車及其控制方法，以滿足復雜任務對于小車行進能力的需求，實現小車爬樓梯、爬管道、爬夾縫、爬或穿過限高桿等復雜地形和平衡車等功能。

發明內容

本發明要解決的問題是設計一種可折展重構變輪距全地形小車及其控制方法，以保證輪式機器人高速移動能力的同時，進一步提升機器人對復雜地形環境的適應能力和機動性能。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種可折展重構變輪距全地形小車，其總體結構由姿態調節組件、驅動輪組件、底部支撐板、頂部支撐板和第一、第二被動輪組件構成。

其中，底部支撐板由第二主板、第二和第四側板組成；頂部支撐板由第一主板、第一和第三側板組成；姿態調節組件固定在底部支撐板的第二主板上，第一、第二被動輪組件分別安裝在底部支撐板的第二、第四側板上；姿態調節組件的車橫軸兩側分別穿過第一、第二被動輪組件的第一、第二連接座，并與之固定連接，同時與第一、第二被動輪組件的第一、第二被動輪通過轉動副連接；通過控制姿態調節組件中的車體姿態控制電機實現底部支撐板的第二主板與第二、第四側板之間的夾角可調，即小車的可折展重構變輪距功能，以適應各種地形環境；驅動輪組件的第一和第四輪組件分別安裝在底部支撐板的第二、第四側板上，它的第二和第三輪組件安裝在底部支撐板的第二主板上，在初始狀態下，即底部支撐板的第二主板與第二、第四側板在同一平面上時，第一、第二、第三和第四輪組件的主動輪同軸線，此時，驅動輪組件與第一、第二被動輪組件分列于小車兩端；頂部支撐板與底部支撐板將小車其余部件夾在中部，起到保護作用。

它的姿態調節組件由車橫軸、車體姿態控制電機、從動齒輪、驅動齒輪、第一和第二導電滑環組件組成；其中，第一導電滑環組件由第一導電外環、第一導電內環、第一固定座組成，第二導電滑環組件由第二導電外環、第二導電內環、第二固定座組成；第一、第二導電內環與車橫軸固定連接，同時分別與第一、第二導電外環通過轉動副連接；第一、第二導電外環與第一、第二固定座固定連接，而第一、第二固定座則與第二主板固定連接；車體姿態控制電機同樣固定在第二主板上，其輸出軸與驅動齒輪連接，將動力通過與驅動齒輪嚙合的從動齒輪傳遞到車橫軸上，從而可以改變第二主板與第二、第四側板上的夾角，以實現第一、第四輪組件與第二、第三輪組件之間的輪距調整；通過第一、第二導電滑環組件，可以保證第一、第二主板之間的元件在發生多次整周回轉后仍能與第一、第二、第三和第四側板上的元件保持良好的電氣連接。

它可以工作在連續可變輪距的工作模式下，且不區分正反面和前后側；車體關于底部支撐板與頂部支撐板的中性面完全對稱。小車可以工作在短輪距和長輪距模式下，且輪距連續可變，同時通過控制姿態調節組件中的車體姿態控制電機實現第一、第二主板與第一、第二、第三和第四側板之間的主動翻轉，，使得小車具備越障能力。